详解制作根文件系统

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keep754

7027人浏览 · 2022-02-16 15:56:12

keep754 · 2022-02-16 15:56:12 发布

前言

具体步骤

一.编译／安装busybox，生成/bin、/sbin、/usr/bin、/usr/sbin目录

六.配置系统自动生成/proc目录和构建完整的/dev目录

前言

简介

FHS（Filesystem Hierarchy Standard）标准介绍

当我们在linux下输入ls / 的时候，见到的目录结构以及这些目录下的内容都大同小异，这是因为所有的linux发行版在对根文件系统布局上都遵循FHS标准的建议规定。

该标准规定了根目录下各个子目录的名称及其存放的内容：

目录名	存放的内容
/bin	必备的用户命令，例如ls、cp等
/sbin	必备的系统管理员命令，例如ifconfig、reboot等
/dev	设备文件，例如mtdblock0、tty1等
/etc	系统配置文件，包括启动文件，例如inittab等
/lib	必要的链接库，例如C链接库、内核模块
/home	普通用户主目录
/root	root用户主目录
/usr/bin	非必备的用户程序，例如find、du等
/usr/sbin	非必备的管理员程序，例如chroot、inetd等
/usr/lib	库文件
/var	守护程序和工具程序所存放的可变，例如日志文件
/proc	用来提供内核与进程信息的虚拟文件系统，由内核自动生成目录下的内容
/sys	用来提供内核与设备信息的虚拟文件系统，由内核自动生成目录下的内容
/mnt	文件系统挂接点，用于临时安装文件系统
/tmp	临时性的文件，重启后将自动清除

制作根文件系统就是要建立以上的目录，并在其中建立完整目录内容。其过程大体包括

编译／安装busybox，生成/bin、/sbin、/usr/bin、/usr/sbin目录
利用交叉编译工具链，构建/lib目录
手工构建/etc目录
手工构建最简化的/dev目录
创建其它空目录
配置系统自动生成/proc目录
利用udev构建完整的/dev目录
制作根文件系统的映像文件

具体步骤

首先建立根文件系统文件 rootfs

mkdir rootfs

一.编译／安装busybox，生成/bin、/sbin、/usr/bin、/usr/sbin目录

1、找到SDK中提供的busybox

或者自己下载busybox

https://busybox.net/downloads/

7z x busybox.7z

cd busybox

2、修改Makefile

ARCH ?= mips

CROSS_COMPILE ?= mips-linux-gnu-

这里ARCH会从CROSS_COMPILE 提取，所以我就没有修改

备注：（如果不想修改Makefile也可以通过make menuconfig配置编译编译工具链和编译选项， Busybox Settings --->Build Options 下）

3、make menuconfig配置busybox

busybox配置主要分两部分

第一部分是Busybox Settings，主要编译和安装busybox的一些选项。这里主要需要配置：

1）、Build Options

Build BusyBox as a static binary (no shared libs)，表示编译busybox时，是否静态链接C库。我们选择动态链接C库，所以这里不勾选。

2）、Installation Options ("make install" behavior)

What kind of applet links to install (as soft-links) --->(X) as soft-links，表示安装busybox时，将各个命令安装为指向busybox的软链接还是硬链接。我们选择软链接。

Installation Options ("make install" behavior) ---> (./_install) BusyBox installation prefix表示busybox的安装位置，我这里用的是默认的。

3）Busybox Library Tuning

保留Command line editing以支持命令行编辑；

保留History size以支持记忆历史命令；

选中Tab completion和Username completion以支持命令自动补全

我这里默认都是选中的。

第二部分是Applets，他将busybox的支持的几百个命令分门别类。我们只要在各个门类下选择想要的命令即可。这里我们基本保持默认设置。

1）选中Networking Utilities -- httpd下的Enable -u <user> option，以启用http服务器的功能allows the server to run as a specific user

4、编译安装

make defconfig 生成默认配置

make

make install

安装完成之后安装目录_install下生成了bin sbin usr/bin usr/sbin目录，其下包含了我们常用的命令，这些命令都是指向bin/busybox的软链接，而busybox本身的大小不到800K：

cp -r _install/* rootfs

如果没有busybox的话也可以从网上下载，修改项差别不大

从http://www.busybox.net/ 下载busybox-1.7.0.tar.bz2

tar xjvf busybox-1.7.0.tar.bz2解包

修改Makefile文件

175 ARCH ?= arm
176 CROSS_COMPILE ?= arm-linux-

二.利用交叉编译工具链，构建/lib目录

光有应用程序（命令）是不够的，因为应用程序本身需要使用C库的库函数，因此还必需制作C库，并将其放置于/lib目录

目标文件，如crtn.o，用于gcc链接可执行文件
libtool库文件（.la），在链接库文件时这些文件会被用到，比如他们列出了当前库文件所依赖的其它库文件，程序运行时无需这些文件
gconv目录，里面是各种链接脚本，在编译应用程序时，他们用于指定程序的运行地址，各段的位置等
静态库文件（.a），例如libm.a，libc.a
动态库文件（.so、.so.[0-9]*）
动态链接库加载器ld-2.3.6.so、ld-linux.so.2
其它目录及文件

这里我们可以使用交叉编译工具链中现成的cp过来

找到自己的交叉编译链的安装路径

这里我们只用cp动态库就好了

如果我们只制作最简单的系统，那么我们只需要运行busybox这一个应用程序即可。

通过执行# mips-linux-gnu-readelf -a busybox | grep 'Shared'确认busybox运行时需要用到的库

实际的共享链接库：libLIBRARY_NAME-GLIBC_VERSION.so。当然需要拷贝。
主修订版本的符号链接，指向实际的共享链接库：libLIBRARY_NAME.so.MAJOR_REVISION_VERSION，程序一旦链接了特定的链接库，将会参用该符号链接。程序启动时，加载器在加载程序前，会检索该文件。所以需要拷贝。
与版本无关的符号链接，指向主修订版本的符号连接（libc.so是唯一的例外，他是一个链接命令行：libLIBRARY_NAME.so，是为编译程序时提供一个通用条目）。这些文件在程序被编译时会被用到，但在程序运行时不会被用到，所以不必拷贝它。

拷贝以下文件

如果有报错Kernel panic - not syncing: Requested init /linuxrc failed (error -2).

这个错误说明/lib目录下动态库还是不完整，就要检查一下是否漏cp了

关于共享库的2个符号链接的作用的特别说明：

当我们使用gcc hello.c -o hello -lm编译程序时，gcc会根据-lm的指示，加头（lib）添尾（.so）得到libm.so，从而沿着与版本无关的符号链接（libm.so -> libm.so.6）找到libm.so.6并记录在案（hello的ELF头中），表示hello需要使用libm.so.6这个库文件所代表的数学库中的库函数。而当hello被执行的时候，动态链接库加载器会从hello的ELF头中找到libm.so.6这个记录，然后沿着主修订版本的符号链接（libm.so.6 -> libm-2.3.6.so）找到实际的共享链接库libm-2.3.6.so，从而将其与hello作动态链接。可见，与版本无关的符号链接是供编译器使用的，主修订版本的符号链接是供动态链接库加载器使用的，而实际的共享链接库则是供应用程序使用的。

添加厂商工具命令及依赖的动态库

方法类似。mips-linux-gnu-readelf -a 工具名称 | grep 'Shared'。将缺失的库添加即可。

三.手工构建/etc目录

/etc 目录存放的是系统程序的主配置文件，因此需要哪些配置文件取决于要运行哪些系统程序。即使最小的系统也一定会运行1号用户进程init，所以我们至少要手工编写init的主配置文件inittab。busybox的inittab文件的语法、语义与传统的SYSV的inittab有所不同。

inittab 文件中每个条目用来定义一个需要init启动的子进程，并确定它的启动方式，格式为<id>:<runlevel>:<action>:<process>。例如：ttySAC0::askfirst:-/bin/sh

<id>表示子进程要使用的控制台，若省略则使用与init进程一样的控制台
<runlevel>表示运行级别，busybox init程序这个字段没有意义
<action>表示init进程如何控制这个子进程
- sysinit：系统启动后最先执行，只执行一次，init进程等待它结束后才继续执行其它动作
- wait：系统执行完sysinit条目后执行，只执行一次，init进程等待它结束后才继续执行其它动作
- once：系统执行完wait条目后执行，只执行一次，init进程不等待它结束
- respawn：启动完once进程后，init进程监测发现子进程退出时，重新启动它
- askfirst：启动完respawn进程后，与respawn类似，不过init进程先输出” Please press Enter to activate this console“，等用户输入回车后才启动子进程
- shutdown：当系统关机时
- restart：Busybox中配置了CONFIG_FEATURE_USE_INITAB，并且init进程接收到SIGUP信号时执行，先重新读取、解析/etc/inittab文件，再执行restart程序
- ctrlaltdel：按下ctrl+alt+del键时执行，不过在串口控制台中无法输入它
<process>表示进程对应的二进制文件。如果前面有-号，表示该程序是“可以与用户进行交互的”

1）可以构建最简单的文件内容

我们可以制作最简单的/etc/inittab文件，其内容如下：

::sysinit:/etc/init.d/rcS
::askfirst:-/bin/sh
::ctrlaltdel:/sbin/reboot
::shutdown:/bin/umount -a –r

制作最简单的脚本程序文件/etc/init.d/rcS，其内容如下：

#!/bin/sh
ifconfig eth0 192.168.2.17

修改shell脚本文件/etc/init.d/rcS的权限，以使其可被执行：

# chmod a+x /etc/init.d/rcS

2）这里我用的是busybox 的 examples/bootfloppy/etc中的文件

etc 目录可参考系统 /etc 下的文件。其中最主要的文件包括 inittab、fstab、init.d/ rcS 文件等，这些文件最好从 busybox 的 examples/bootfloppy/etc 目录下拷贝过来，根据需求自行修改。

修改inittab文件：

::sysinit:/etc/init.d/rcS

console::askfirst:-/bin/sh

::once:/usr/sbin/telnetd -l /bin/login

::ctrlaltdel:/sbin/reboot

::shutdown:/bin/umount -a -r

------------------------------------------------------

修改fstab 文件：

proc /proc proc defaults 0 0

tmpfs /tmp tmpfs defaults 0 0

sysfs /sys sysfs defaults 0 0

tmpfs /dev tmpfs defaults 0 0

var /dev tmpfs defaults 0 0

------------------------------------------------------

修改/init.d/rcS文件：

#!/bin/sh

PATH=/bin:/sbin:/usr/bin:/usr/sbin

runlevel=S

prevlevel=N

umask 022

export PATH runlevel prevlevel

mount -a

mkdir /dev/pts

mount -t devpts devpts /dev/pts

echo /sbin/mdev > /proc/sys/kernel/hotplug

mdev -s

mkdir -p /var/lock

/bin/hostname -F /etc/hostname

# chmod a+x /etc/init.d/rcS，记得赋权限

------------------------------------------------------

修改 profile文件：

#Ash profile

#vim : syntax=sh

#No core files by default

#ulimit -S -c 0 > /dev/null 2>&1

USER="`id -un`"

LOGNAME=$USER

PS1='[\u@\h \W]# '

PATH=$PATH

HOSTNAME=`/bin/hostname`

echo "hello world."

echo "Done"

export USER LOGNAME PS1 PATH

------------------------------------------------------

echo "mipsT40" > etc/hostname 内容自定，将来作为主机名

3）其他文件

复制宿主机下的 /etc/passwd grop shadow 到此目录下

同时修改 /etc/inittab

console::respawn:/sbin/getty -L console 115200 vt100 # GENERIC_SERIAL

这样就会启动后就需要输入密码才能登陆了

四.手工构建最简化的/dev目录

创建两个设备节点：

#mknod console c 5 1

#mknod null c 1 3

也可以直接从系统中拷贝过来需要的设备文件。拷贝文件时请使用 cp –R filename。

五.创建其它空目录

根据前面所列的目录，看缺少什么就创建

六.配置系统自动生成/proc目录和构建完整的/dev目录

上面的rcS已经完成了这些操作

1、PATH=xxx
(1)首先从shell脚本的语法角度分析，这一行定义了一个变量PATH，值等于后面的字符串
(2)后面用export导出了这个PATH，那么PATH就变成了一个环境变量。
(3)PATH这个环境变量是linux系统内部定义的一个环境变量，含义是操作系统去执行程序时会默认到PATH指定的各个目录下去寻找。如果找不到就认定这个程序不存在，如果找到了就去执行它。将一个可执行程序的目录导出到PATH，可以让我们不带路径来执行这个程序。
(4)rcS中为什么要先导出PATH？就是因为我们希望一旦进入命令行下时，PATH环境变量中就有默认的/bin， /sbin， /usr/bin， /usr/sbin 这几个常见的可执行程序的路径，这样我们进入命令行后就可以ls、cd等直接使用了。
(5)为什么我们的rcS文件还没添加，系统启动就有了PATH中的值？原因在于busybox自己用代码硬编码为我们导出了一些环境变量，其中就有PATH。

2、runlevel=
(1)runlevel也是一个shell变量，并且被导出为环境变量。
(2)runlevel=S表示将系统设置为单用户模式

3、umask=
(1)umask是linux的一个命令，作用是设置linux系统的umask值。
(2)umask值决定当前用户在创建文件时的默认权限。

4、mount -a
(1)mount命令是用来挂载文件系统的
(2)mount -a是挂载所有的应该被挂载的文件系统，在busybox中mount -a时busybox会去查找一个文件/etc/fstab文件，这个文件按照一定的格式列出来所有应该被挂载的文件系统（包括了虚拟文件系统）

5、mkdir /dev/pts；mount -t devpts devpts /dev/pts
挂载虚拟内核文件设备

6、echo /sbin/mdev > /proc/sys/kernel/hotplug
当有热插拔事件产生时，内核会调用/proc/sys/kernel/hotplug文件里指定的应用程序来处理热插拔事件。

7、mdev -s
自动装配/dev目录下的设备文件

8、/bin/hostname -F /etc/hostname
指定主机名配置文件

七.制作根文件系统的映像文件

可以从以下两种文件系统中选择一种

squashfs：只读文件系统，压缩率高

jffs2：可读写文件系统，可选择压缩方式

squashfs 文件系统是一套基于 Linux 内核使用的压缩只读文件系统，压缩率高。 squashfs 具有如下特点：优点：压缩率高，数据(data)，节点(inode)和目录(directories)都被压缩，可以节省 flash 空间，最大可以支持 4G 文件系统。缺点：无法写操作

squashfs 文件系统是一套基于 Linux 内核使用的压缩只读文件系统，压缩率高。
squashfs 具有如下特点：
优点：压缩率高，数据(data)，节点(inode)和目录(directories)都被压缩，可以节省 flash 空间，最大可以支持 4G 文件系统。
缺点：无法写操作

jffs2 是 RedHat 的 David Woodhouse 在 jffs2 基础上改进的文件系统，是用于
微型嵌入式设备的原始闪存芯片的实际文件系统。jffs2 文件系统是日志结构化的可读写
的文件系统。jffs2 的优缺点如下：
优点: 使用了压缩的文件格式。最重要的特性是可读写操作。
缺点: jffs2 文件系统挂载时需要扫描整个 jffs2 文件系统，因此当 jffs2 文件系
统分区增大时，挂载时间也会相应的变长。使用 jffs2 格式可能带来少量的 Flash 空间
的浪费。这主要是由于日志文件的过度开销和用于回收系统的无用存储单元，浪费的空
间大小大致是若干个数据段 jffs2 的另一缺点是当文件系统已满或接近满时，jffs2 运行
速度会迅速降低。这是因为垃圾收集的问题

squashfs文件系统制作

# mksquashfs rootfs ./rootfs.squashfs.img -b 64K –comp xz

注：制作之前请先删除要保存 squahfs 目录里面同名的 squashfs 文件

squashfs介绍和安装_mayue_web的博客-CSDN博客_squashfs

jffs2文件系统制作

# mkfs.jffs2 –d ./rootfs -l –e 0x8000 -s 0x1000 -o rootfs.jffs2.img --pad=0x200000

mkfs.jffs2 -o root-uclibc-1.1.jffs2 -r root-uclibc-1.1 -e 0x10000 -s 0x1000 -n -l -X zlib --pad=0x10000

参数简介：

-o, --output=FILE 指定生成文件的文件名.(default: stdout)

-r, -d, --root=DIR 指定需要制作的文件夹目录名.(默认：当前文件夹)

-e, --eraseblock=SIZE 设定擦除块的大小为(默认: 64KB)

-s, --pagesize=SIZE 节点页大小(默认: 4KB)

-n, --no-cleanmarkers 指明不添加清楚标记（nand flash 有自己的校检块，存放相关的信息。）如果挂载后会出现类似：CLEANMARKER node found at 0x0042c000 has totlen 0xc != normal 0x0 的警告，则加上-n 就会消失。

-l, --little-endian 指定使用小端格式

-X, --enable-compressor=COMPRESSOR_NAME 指压缩格式

-p, --pad[=SIZE] 通常用 16 进制表示输出文件系统大小，不足部分用 0xff 补充

UBI文件系统制作

（1）mkfs.ubifs 制作 UBI 文件系统（不带卷集信息）

（2）mkfs.ubifs -e 0x1f000 -c 568 -m 2048 -d config/ -o config.ubifs -v
（3）参数简介：
-e 0x1f000 ：表示逻辑擦除块（LEB）的 size。
-c 568 ：最多逻辑可擦除块数目为 568(568*128KB=71MB),这个可根据
ubi volume 数量来设置，实际上是设置此卷的最大容量。（理论上要给bad block坏块预留点空间，制作的时候尽量预留一点出来，-c 指定该分区最大逻辑擦除块数量，该值随着根文件系统分区的大小和该分区的坏块数调整。）
-m 2048 : flash 最小的读写单元，一般为 flash 的页大小。
-d config/ ：需要制作成 UBI 文件系统的源文件。
-o config.ubifs ：制作出来的镜像名称为 config.ubifs。
-v ：显示制作的详细过程。
备注：制作成功的 UBI 镜像，是没有创建 volume 的，不能直接烧录使用，需
要进行创建 volume 步骤（挂载时需要配合 ubiattach ,ubimkvol 命令使用）。
简单的脚本挂载（mtd3）：
ubiattach -m 3 -d 3 /dev/ubi_ctrl
avlSize=$((((0x$(cat /proc/mtd | grep "mtd3" | cut -d ' ' -f
2)/128/1024)-20)*124*1024))
ubimkvol /dev/ubi3 -N config -s $avlSize
mount -t ubifs /dev/ubi3_0 /mnt
（2）ubinize 制作 UBI 文件系统（带有卷集信息）
ubinize -o config.img -m 2048 -p 128KiB -s 2048 ubinize.cfg -v
参数简介：
-o config.img ：制作出的镜像名称是 config.img。
-m 2048 ： flash 最小的读写单元，一般为 flash 的页大小。
-p 128KiB ：表示物理擦除块（PEB）的 size，一般为块大小。
-s 2048 ： UBI 头部信息的最小输入输出单元，一般与最小读写单元
(-m 参数)大小一样。
ubinize.cfg ：制作带 volume UBI 格式的镜像所需要的配置文件。
-v ：显示制作过程中的详细参数。
（3）ubinize.cfg 制作：
$ touch ubinize.cfg
$ vim ubinize.cfg
[ubifs]
mode=ubi
image=config.ubifs
vol_id=0
#vol_size=64MiB
vol_type=dynamic
vol_name=config
vol_flags=autoresize
vol_alignment=1
参数介绍：
mode=ubi ：这是个强制参数，目前只能是 ubi
image=config.ubifs ：指定 mkfs.ubifs 制作 UBI 文件系统制作的 UBI 镜
像，作为源文件。
vol_id=0 ：指定卷的 id 为 0。
vol_size=64MiB ：指定该卷的 size 为 64MiB，使用该参数的时候要注
意当设置了 vol_flags=autoresize，这个参数将不起作用，设置成了自动分
配 size。手动指定 size 的时候，要注意，参数的大小不能超过当前分区的
最大 size。
vol_type=dynamic ： dynamic：当前卷为动态卷，是可读可写的。
static：表示卷为静态卷，是只读的。
vol_name=config ：指定当前卷的卷名为 config。
vol_flags=autoresize ：指定当前卷为自动分配 size，当有一个文件系统有
两个卷的时候只能有一个为 autoresize。
vol_alignment=1 ：指定对齐方式，默认为 1。
备注：通过 ubinize 制作的 ubi 文件系统可以直接烧录使用

UBI 内部空间开销大致包含:

 2 个可擦除块用来存储 UBI 分区表

 1 个可擦除块用来做磨损均衡

 1 个可擦除块用来做 atomic LEB 更新

 按每 1024 个可擦除块预留 20 个可擦除块的比例，预留空间做坏块管理(不足 1024 的，按 1024 算)，假设预留 B1

 每个可擦除块，预留 2 个 page size 存储 EC header 和 VID header，如果 Nand Flash 支持 sub-pages 则每个可擦除块预留 1 个 page size 存储 EC header 和 VID header

 MTD 分区中的坏块个数 B2

 坏块管理开销为 MAX(B1,B2) (B1,B2 哪个大就以哪个计算)

举例以一个 50M 的 MTD 分区，假定可擦除块的 size 为 128KiB，共 400 个可擦除块，page size 为 2KiB，不支持 sub-pages，并且无坏块，则其 UBI 预留空间为:

(20 + 4) * 128KiB + 4KiB * (400 – 20 – 4) = 4576KiB

可以用来创建 volume 的空间为: 50M – 4576KiB = 46624KiB

一些错误的记录

1、文件系统打到内核中启动时报错

VFS: Cannot open root device "(null)" or unknown-block(0,0): error -6

问题原因

文件系统缺少 init软连接

ln -s init bin/busybox

补充：如果不是这个原因就要检查一下 busybox 和 lib是不是对应的，busybox 必须要使用与之对应的工具链中的库才行。

2、挂载jffs2系统报错： jffs2: jffs2_scan_eraseblock(): Magic bitmask 0x1985 not found at 0x00000018: 0x2000 instead

我遇到这个问题的原因分区没擦，在uboot里面erase擦除了就好了

jffs2系统挂载不上的常见原因 · 荔枝派Zero指南 · 看云 (kancloud.cn)

总结

参考详解制作根文件系统_复兴之路-CSDN博客

Uboot和系统移植（19）------- 根文件系统构建过程详解_big_C的博客-CSDN博客

文件系统中一些目录文件的记录

/etc/inittab

::sysinit:/etc/init.d/rcS

#::respawn:-/bin/sh
#::askfirst:-/bin/sh
#::askfirst:-/bin/login
::askconsole:/bin/login

# Stuff to do before rebooting
#::ctrlaltdel:/sbin/reboot 
::shutdown:/usr/bin/killall klogd
::shutdown:/usr/bin/killall syslogd
::shutdown:/bin/sync
::shutdown:/bin/umount -a -r
::shutdown:/sbin/swapoff -a

# Stuff to do when restarting the init process
::restart:/sbin/init

# Put a getty on the serial port 0
::respawn:/sbin/getty -L ttyS0 115200 vt100